土地利用与覆盖变化(1)

距离河流 的距离
距离公路 的距离
BPNN+CA模型的建立
(a) CA方法提取的结果
(b) 遥感分割提取的结
4.当前LUCC研究中的主要问题

1）土地利用/覆盖研究中的数据问题 2）土地利用/覆盖研究中的尺度转换问题 3）土地利用/覆盖研究中的跨学科研究问 题
1）土地利用/覆盖研究中的数据问题
1.LUCC信息的获取——土地利用/覆 盖检测

1）全球对地观测体系的建立 2）理论与方法取得进展 3）成功的开展了一些具体工作
1）全球对地观测体系的建立

当前，随着一系列大型国际遥感计划的实施，如 美国宇航局（NASA）对地观测计划、日本／美 国的热带降雨量测试计划（TRMM）、欧洲空间 局（ESA）的极轨平台计划（POEM）等，以及 全天候、多层次的全球对地观测体系已经初步建 立，其特点：高、中、低轨道结合；大、小、微 型微型协同；粗、细、精分辨率互补。这为当前 的LUCC研究提供了坚实的信息获取基础。
第一章

土地利用/覆盖变化 研究进展



第一节 国际土地利用/覆盖变化研究计划的 基本内容 第二节 LUCC研究进展 第三节 土地利用/覆盖变化研究中的代表性 学术流派 第四节 土地利用/覆盖变化的环境影响研究 第五节 人类活动对区域环境的影响研究
第一节 国际土地利用/覆盖变化研 究计划的基本内容
(a) 1989年
(b) 1994年
(c) 1999年
2）对气候变化的影响

土地覆盖变化对气候的影响目前只能粗略的估 算。目前研究的热点集中在大面积热带雨林砍伐 造成的影响。其手段利用区域气候模型预测大陆 范围内对地表温度、降水量和径流的重要影响。 例如，森林向牧场的转变增加了地表返照率、增 加了植被覆盖度，在小范围内，使温度增加、湿 度下降，而这些反过来又能影响森林再生的潜力； 通过亚马逊森林的研究表明，区域森林将对气候 有严重地减少当地的降水量，而是温度升高。
世界范围内，由于土地覆盖变化引起的土 壤损失和退化以及沉积物运输已经极大的 增长，土壤退化的过程主要包括侵蚀、盐 碱化、水浸、土壤紧实、酸化、营养贫瘠、 干燥。有研究估计，世界由于生产用地而 盐碱化的土地面积约为100万平方公里。
3）对水文的变化的影响

土地利用/覆盖变化对水文的影响包括水 质和水量的变化。由于人类耕作和定居引 起的土地覆盖的变化已造成了世界性的水 污染Βιβλιοθήκη Baidu森林开采增加了下游地区洪水泛滥 的频率和强度，一般会减少每年的流量， 并使得降水的在分配不平均；草地的变化 有类似的效果。
4）对土壤及沉积物的影响

2）土地利用/覆盖研究中的尺度转换 问题

a 每个尺度都有他们自己的特殊的单位和变 量。 b 变量和单元间的相互联系随尺度改变而 改变。

3）土地利用/覆盖研究中的跨学科研 究问题

LUCC研究面临的又一困难是多学科综合问 题，尤其是自然科学和社会科学实质性写 作。在自然科学中，科学家常常按照经度 和纬度确定的地理网络分析数据，但在社 会科学中数据很少参考自然地理因素。迄 今为止很少找到跨学科协作的成功实例。



1.概述 2.研究目标 3.研究内容 4.研究焦点 5.研究意义
1.概述

土地利用／土地覆被变化（Land use/land cover change,简称LUCC）是全球变化研究的重要方面之一，是 全球环境研究的热点和前沿问题。LUCC对大气化学性质及 过程、气候、水文、土壤、生物多样性、人口承载力等都 产生重要的影响。它不仅改变了地表自然景观面貌，而且 影响景观中的物质循环和能量分配。对局地、区域及全球 气候都产生了广泛而深刻的影响。国际上1996年通过的 LUCC研究计划以五个中心问题为导向：第一，近三百年来 人类利用（human use）导致的土地覆盖的变化；第二， 人类土地利用发生变化的主要原因；第三，土地利用的变 化在今后50年如何改变土地覆盖；第四，人类和生物物理 的直接驱动力对特定类型土地利用可持续发展的影响；第 五，全球气候变化及生物地球化学变化与土地利用与覆盖 之间的相互影响。
3）成功的开展了一些具体工作

应用卫星图像进行土地利用/覆盖 动态检测目前在两种区域尺度的范 围展开。一是全球和洲际尺度，二 是区域尺度。
2.LUCC信息的处理——土地利用/覆盖变 化制图与土地覆盖空间数据库的建设

1）土地利用/土地覆盖变化制图

2）全球和区域尺度土地覆盖数据库的建设 与应用

由于土地利用/覆盖变化的机制对解释土地覆盖的 空间变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键 作用，是整个全球变化研究计划对土地利用/覆盖 变化项目要求，因而是LUCC研究的焦点。但在 进行区域性的土地利用/覆盖变化研究时，由于驱 动力因子——土地利用覆盖系统变化机制是极为 复杂的，因而变化的空间和时间尺度难以把握， 是研究遇到困难，因而结合土地利用的地面调查， 建立区域性的驱动因子——土地利用覆盖变化诊 断模型。
3.LUCC的机制研究

1）人类驱动力的辨识 当前，在土地利用/覆盖变化的驱动力辨识 方面有很多观点，概括起来，国外有关研 究人员认为土地利用变化原因有：a土地利 用决策失误；b外界自然环境的变化，例如 降雨量的急剧减少；c社会经济变化；d人 类价值观的改变。
2）LUCC模型
坡度
距离居民 点的距离
2.土地利用/覆盖变化研究学术流派




1）北美流派 2）日本流派 3）欧洲流派 4）中国土地利用与土地覆盖变化研究状况 a中国科学院系统
b高等院校系统
3.讨论与结论

土地利用/覆盖变化研究已在国内外广泛的 展开起来，抓住这一机遇，发展学术，繁 荣科学。针对北美、日本、欧洲三大学术 流派，充分发挥我国得天独厚的条件，建 立具有中国特色的学术流派势在必行。以 土地利用为景观标志的人类活动是如何影 响土地覆盖变化机制的动力学模型与模拟 体系，形成这一研究领域的“中国学术流 派”。
重点二：土地覆盖动力学——直接观测和诊 断模型
土地覆盖动力学包括对 从直接观测中得到土地 覆盖变化进程的区域评 价和从这些观测中建立 的模型
重点三：区域和全球重点模型
高程
高程
坡度
坡度
坡向
坡向
距离高速公 路的距离
距离铁路 的距离
距离一级公 路的距离
距离县级城市 的距离
距离地级以上城 市的距离
4.研究焦点
土地利用/覆盖变 化
主讲人：斯琴朝克图
第一章
土地利用/覆盖变化 研究进展
土地利用

人类为社会和经济的目的，对土地进行长期或周期性的生物、 技术活动的经营,称为土地利用.通过利用、改造,使人类获得更 多的实惠.土地利用既要受自然条件制约,也受社会、经济、技术 条件影响.但土地的合理利用必须适应一定的社会生产方式。 土地利用是人类根据土地的自然特点，按一定的经济、社会 目的，采取一系列生物、技术手段，对土地进行的长期性或周期 性的经营管理和治理改造活动。土地利用的方式、程度、结构及 地域分布和效益，既受自然条件影响，更受各种社会、经济、技 术条件影响，但在所有影响土地利用的各种因素中，社会生产方 式往往起决定性作用，土地的合理利用必须适应一定的社会生产 方式。土地利用的广度、深度和合理利用程度，是一个国家国民 经济各部门生产建设规模、水平和特点的集中反映。随着城市化、 工业化的发展和人口的日益增长，协调好人地关系已成为当前的 迫切问题。
5.研究意义

1）增强对人类活动在全球变化中作用机制 的认识 2)推动跨学科的综合研究的深入开展

第二节 LUCC研究进展



1.LUCC信息的获取——土地利用/覆盖检 测 2.LUCC信息的处理——土地利用/覆盖变 化制图与土地覆盖空间数据库的建设 3.LUCC的机制研究 4.当前LUCC研究中的主要问题 5.结论与讨论
5.结论与讨论
1)LUCC计划提出后，得到许多国家和科研组织的积极响应， 经过几年的努力，在LUCC信息的获取、处理等方面取得 了进展，但由于LUCC本身的复杂性，对于全球与区域综 合模型的建立等方面仍需巨大的努力。 2）要解决LUCC研究中的尺度和数据问题，应该结合社会科 学、自然科学、遥感和GIS技术，开展多学科综合研究。 3）LUCC计划实施，从根本上改变了人们对人地相互作用机 制的认识，对地理学以及资源与环境科学基础理论体系的 建立起着极为重要的推动作用。 4）LUCC计划的进行，使得地理学的“二元论”受到冲击。 自然地理与人文地理的整合，已成为当前地理学理论发展 中的一大挑战，对当前资源、环境、生态、灾害等问题开 展深入研究。与此同时全力推进中国地理学的国际化进程。
3.研究内容


1）三个重点研究
重点一：土地利用动力学——案例研究的比较分析 重点二：土地覆盖动力学——直接观测和诊断模型 重点三：区域和全球重点模型



2）综合研究
重点一：土地利用动力学——案例研究 的比较分析
土地动力学是一 种案例比较研究 方法，目的在于 提高对土地管理 中的自然——社 会驱动力变化的 认识，从而帮助 建立区域和全球 模型。
第四节
土地利用/覆盖变化 的环境影响研究
1.土地利用/覆盖变化对环境的影响



1）大气化学性质及过程的影响 2）对气候变化的影响 3）对水文的变化的影响 4）对土壤及沉积物的影响 5）对生物多样性的影响
1）大气化学性质及过程的影响

许多研究已表明，土地利用/覆盖变化改变 了区域大气化学性质及过程。由人类活动 而影响的大气中微量气体可分为两类：相 对活跃的和不活跃的，或者说短命的和长 命的。许多对全球气候变化有影响的温室 气体是主要的长命气体成分，这些气体都 会因土地覆盖的变化而变化。森林的消失、 土壤碳的氧化、化石燃料的燃烧等都使大 气co2浓度增加。
2.研究目标

LUCC 计划研究的基础目标是提高对全球 土地利用和土地覆盖变化动力学（动态过 程）的认识，并着重提高预测土地利用和 土地覆盖变化的能力。具体包含四个目标： 1）更好的认识全球土地利用和土地覆盖的 驱动力；2）调查和描述土地利用和土地覆 盖动力学中的空间变性；3）确定各种土地 利用和可持续性间的关系；4）认识LUCC、 生物地球化学和气候之间的相互关系。

对土地利用变化及其动力学机制的深入认识需要 坚实的数据基础。目前，全球性数据的质量和数 量由土地覆盖、土地利用到人类驱动力而下降， 难以满足建立综合LUCC模型需要，数据问题已 经成为了IGBP和HDP完成其研究目标的重大障碍。 利用NOAA/AVHRR数据开发的全球1Km空间分 辨率的土地覆盖数据库为LUCC研究提供很大支 持，但是对详细的地区的土地利用变化分析研究 而言是不完整的，特定地区的更高分辨率的信息 仍然需要。
第三节 土地利用/覆盖变化研究中的 代表性学术流派
1.土地利用与土地覆盖变化研究简史 2.土地利用/覆盖变化研究学术流派 3.讨论与结论

1.土地利用与土地覆盖变化研究简史

随着社会经济的发展，人类活动给自然环境带来了极大的 影响，使得土地覆盖类型与土地利用形式有了很大的改变。 早在1931年，Webb在对美国大平原（the Great Plains）农业社会的研究当中，认为当地土地利用类型是 由当地干旱程度决定的。随着20世纪70年代以气候动态 研究为开端，全球变化研究迅速即成为学术界研究的热点 领域之一。90年代以来，许多全球变化的研究计划都将其 作为研究的内容，1993年2月委任了一正式的核心计划委 员会（Core Project Planning Committee/Research Programme Planning Committee) 来展开LUCC与科 学/研究计划制定，并将LUCC计划列为核心项目之一。
2）理论与方法取得进展

土地覆盖及其特征的含义有了新的理解和定义： 土地覆盖不再仅仅被看作单一的土地和植被类型， 而是土地类型及其所具有的一系列自然属性和特 征的综合体。包括土地类型和植被类型，植被冠 层的密度、植被生长季节的动态特征，生长季节 的动态特征，地表覆盖的生物物理特征量，如地 表波普反射率、粗糙度、植被叶面积指数、叶面 及冠层的阻抗系数有效光合作用辐射等。此外该 综合体还包括与土地覆盖类型密切相关的生态环 境要素，如植被所处的生态区域，地形与气候条 件，土壤的理化性质以及土地利用现状等。